Cantilever-bro (kragbro): Definition, konstruktion og anvendelser

Ingeniører i det 19. århundrede vidste, at en bro, der blev bygget over flere understøtninger, ville fordele belastningerne mellem dem. Det betød, at der ville være færre spændinger i bjælken eller spæret, og det betød, at der kunne bygges længere spændvidder. Flere ingeniører fra det nittende århundrede konstruerede gennemgående broer med hængsler midt i spændvidden. Brugen af et hængsel i et system med flere spænd betød, at ingeniørerne bedre kunne beregne belastningerne og spændingerne på broen Det betød også, at broen kunne håndtere, at fundamenterne satte sig med forskellige hastigheder.

Heinrich Gerber var en af de ingeniører, der fik patent på en hængslet bjælke (1866), og han er kendt som den første til at bygge en sådan. Hassfurt-broen over Main-floden i Tyskland har et midterspænd på 38 meter (124 fod). Den blev færdiggjort i 1867 og var den første moderne udkragede bro. Blandt andre tidlige cantileverbroer kan nævnes High Bridge of Kentucky af C. Shaler Smith (1877), Niagara Cantilever Bridge af Charles Conrad Schneider (1883) og Poughkeepsie Bridge af John Francis O'Rourke og Pomeroy P. Dickinson (1889). Kentucky River Bridge gik over en kløft, der var 84 meter (275 fod) dyb. Den blev bygget med en cantilver, hvilket betød, at den ikke behøvede at blive understøttet under byggeriet. Den mest berømte tidlige cantileverbro er Forth Rail Bridge. Denne bro havde i 17 år rekorden for verdens længste spændvidde.

Benjamin Baker viste på billedet til venstre, hvordan cantilever-systemet fungerede. I midten ses det ophængte spænd, hvor Kaichi Watanabe sidder. Behovet for at modstå kompression af den nederste akkord ses ved brugen af træpæle, mens spændingen af den øverste akkord vises af de udstrakte arme. De ydre fundamenters funktion som ankre for den udkragede arm kan ses ved placeringen af kontravægtene.

Cantilever Bridge.- En konstruktion, hvoraf mindst en del fungerer som forankring for at støtte en anden del, som strækker sig ud over den bærende mole.

- John Alexander Low Waddell, brobygningsteknik

Et simpelt udkragningsfelt består af to udkragningsarme, der strækker sig fra modsatte sider af den forhindring, der skal krydses, og som mødes i midten. Ved et ophængt spænd mødes de udkragede arme ikke i midten; i stedet støtter de en central bindingsværksbro, som hviler på enderne af de udkragede arme. Det ophængte spænd kan bygges uden for byggepladsen og løftes på plads eller bygges på stedet ved hjælp af specielle bevægelige understøtninger.

med en balanceret cantilever er spændet balanceret af cantilevers, der går i modsat retning. Hvis disse er forankret i solide fundamenter, kaldes de forankringsarme. I en bro, der er bygget på to fundamenter, er der fire udkragede arme: to, der spænder over forhindringen, og to ankerarme, der strækker sig væk fra forhindringen. Da der er behov for mere styrke ved de afbalancerede udkragningsarmenes understøtninger, har brooverbygningen ofte form af tårne over fundamentpillerne. Commodore Barry-broen er et eksempel på denne type bro.

Stålspærer bærer belastninger ved at trække de øverste elementer på spænding og komprimere de nederste på tryk. Normalt fordeler konstruktionen spændingen gennem ankerarmene til de yderste understøtninger, mens kompressionen føres til fundamenterne under de centrale tårne.

Forspændte betonbroer med balanceret udkragning er ofte bygget med segmentkonstruktioner.

Nogle stålbuebroer (f.eks. Navajo-broen) er bygget med rene udkragede spænd fra hver side. Disse forbindes derefter med en stifter, normalt efter at have tvunget mødestedet fra hinanden. Når donkraften fjernes og brodækket tilføjes, bliver broen en spærbuebro. En sådan ustøttet konstruktion er kun mulig, hvis der er passende sten til rådighed til at støtte spændingen i spændets øverste led under konstruktionen, hvilket normalt begrænser denne metode til at spænde over smalle kløfter.

Verdens længste udkragede broer (efter længste spændvidde):

1. Quebec Bridge (Quebec, Canada) 549 m (1.800 fod)
2. Forth Bridge (Firth of Forth, Skotland) 2 x 521 m (1.710 fod)
3. Minato-broen (Osaka, Japan) 510 m (1.673 fod)
4. Commodore Barry Bridge (Chester, Pennsylvania, USA) 501 m (1.644 fod)
5. Crescent City Connection (to spænd) (New Orleans, Louisiana, USA) 480 m (1.575 fod)
6. Howrah Bridge (Kolkata, Vestbengalen, Indien) 457 m (1.500 fod)
7. Veterans Memorial Bridge (Gramercy, Louisiana, USA) 445 m (1.460 fod)
8. San Francisco - Oakland Bay Bridge (East Bay Span) (San Francisco, Californien, USA) 427 m (1.400 fod)
9. Horace Wilkinson Bridge (Baton Rouge, Louisiana, USA) 376 m (1.235 fod)
10. Tappan Zee Bridge (South Nyack, New York & Tarrytown, New York, USA) 369 m (1.212 fod)